Perpindahan Kalor dengan cara Konduksi
Ketika salah satu bagian logam bersentuhan dengan
nyala lilin atau nyala api, secara otomatis rendah). Walaupun
hanya salah satu bagian logam yang bersentuhan dengan nyala api, semua
bagian logam tersebut akan kepankalor mengalir dari nyala
lilin (suhu tinggi) menuju bagian logam tersebut (suhu asan juga. Tangan bisa terasa panas,
karena kalor1) mengalir dari logam (suhu tinggi) menuju
tangan (suhu rendah). Kita bisa mengatakan bahwa ketika salah satu
bagian benda yang bersuhu tinggi bersentuhan dengan benda yang bersuhu
rendah, energi berpindah dari benda yang bersuhu tinggi menuju bagian
benda yang bersuhu rendah.
Karena mendapat tambahan energi maka molekul-molekul penyusun benda bergerak semakin cepat. Molekul2)
lain yang berada di sebelahnya bergerak lebih lambat karena molekul
tersebut tidak bersentuhan langsung dengan benda yang bersuhu tinggi.
Ketika bergerak, molekul tersebut memiliki energi kinetik3) (EK = ½ mv2). Molekul-molekul yang bergerak lebih cepat energi kinetik3nya
lebih besar menumbuk molekul lain. Karena ditumbuk atau ditabrak , maka
molekul-molekul yang pada mulanya bergerak lambat ikut bergerak lebih
cepat. Pada mulanya molekul bergerak lambat (v kecil) sehingga energinya
juga kecil (EK = ½ mv2). Setelah bergerak lebih cepat (v besar), energi kinetiknya bertambah. Molekul tadi menumbuk4)
lagi molekul lain di sebelah, molekul yang lain lagi pun ikut bergerak
lebih cepat. Karena v besar, energinya pun bertambah. Demikian
seterusnya, mereka saling tumbuk menumbuk, sambil berbagi energi.
Ketika benda yang memiliki perbedaan suhu1)
saling bersentuhan, terdapat sejumlah kalor yang mengalir dari benda
atau tempat yang bersuhu tinggi menuju benda atau tempat yang bersuhu
rendah.
Ketika
mengalir, kalor juga membutuhkan selang waktu tertentu. Perlu diketahui
bahwa setiap benda (khususnya benda padat) yang dilewati kalor pasti
mempunyai bentuk dan ukuran yang berbeda. Ada benda padat yang panjang,
ada juga benda padat yang pendek. Ada yang gemuk (luas penampangnya
besar), ada juga yang kurus (luas penampangnya kecil). Untuk mengetahui
secara pasti hubungan antara jumlah kalor yang mengalir melalui suatu
benda selama selang waktu tertentu akibat adanya perbedaan suhu, maka
kita perlu menurunkan persamaan
Amati gambar di bawah ini :
Benda yang terletak di sebelah kiri memiliki suhu yang lebih tinggi (T1) sedangkan benda yang terletak di sebelah kanan memiliki suhu yang lebih rendah (T2). Karena adanya perbedaan suhu (T1 - T2),
kalor mengalir dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu
rendah (arah aliran kalor ke kanan). Benda yang dilewati kalor memiliki
luas penampang (A) dan panjang (l).
Berdasarkan
hasil percobaan, jumlah kalor yang mengalir selama selang waktu
tertentu (Q/t) berbanding lurus dengan perbedaan suhu (T1 – T2),
luas penampang (A), sifat suatu benda (k = konduktivitas termal) dan
berbanding terbalik dengan panjang benda. Secara matematis bisa ditulis
sebagai berikut :
Keterangan :
Q = Kalor (satuannya kilokalori (k) atau Joule (J) )
t = Waktu (satuannya sekon (s) )
Q/t = Laju aliran kalor (satuannya kilokalori per sekon (kkal/s) atau Joule/sekon (J/s). 1 J/s = 1 watt )
A = Luas penampang benda (Satuannya meter kuadrat (m2) )
T1 – T2 = Perbedaan suhu (Satuannya Kelvin (K) atau derajat celcius (oC) )
T1 = Suhu alias Temperatur tinggi (Satuannya Kelvin (K) atau derajat celcius (oC) )
T2 = Suhu alias Temperatur rendah (Satuannya Kelvin (K) atau derajat celcius (oC) )
l = Panjang benda (satuannya meter (m) )
T1 - T2 / l = Gradien suhu (satuannya Kelvin per meter (K/m) atau derajat celcius per meter (oC/m) )
k = Konduktivitas termal benda
Persamaan konduktivitas termal
Kita oprek1) persamaan laju aliran kalor di atas untuk memperoleh persamaan konduktivitas termal.
Satuan konduktivitas termal
Kita bisa menurunkan satuan konduktivitas termal dengan mengoprek persamaan konduktivitas termal :
Catatan :
Pertama, skala celcius dan skala Kelvin mempunyai interval1) yang sama. Karenanya selain menggunakan Co, kita juga bisa menggunakan K. Mengenai hal sudah dijelaskan pada pokok bahasan Termometer2) dan Skala suhu
Kedua,
kkal bisa diubah menjadi Joule menggunakan tara kalor mekanik (sudah
dijelaskan pada pokok bahasan Kalor, Kalor Jenis dan Kalor laten).
Ketiga, satuan konduktivitas termal (k) bisa juga ditulis seperti ini :
Joule/sekon = J/s = Watt (satuan Energi per waktu alias satuan Daya)
Berikut ini nilai konduktivitas termal beberapa benda yang diperoleh melalui percobaan.
Benda
yang memiliki konduktivitas termal (k) besar merupakan penghantar kalor
yang baik (konduktor termal yang baik). Sebaliknya, benda yang memiliki
konduktivitas termal yang kecil merupakan merupakan penghantar kalor
yang buruk (konduktor termal yang buruk).
Tahanan Termal (R)
Para insinyur biasanya menggunakan konsep tahanan termal (R = resistansi termal) untuk
menyatakan kemampuan suatu bahan dalam menghambat aliran kalor. Tahanan
termal merupakan perbandingan antara ketebalan suatu bahan dengan
konduktivitas termal bahan tersebut. Secara matematis bisa dirumuskan
sebagai berikut :
Keterangan :
R = tahanan atau hambatan termal
l = ketebalan bahan
k = konduktivitas termal
Tambahan :
Pada
umumnya zat padat merupakan konduktor termal yang baik, sedangkan zat
cair dan zat gas merupakan konduktor termal yang buruk. Konduktor termal. Zat cair dan zat gas bisa disebut juga sebagai isolator termal terbaik. Isolator termal.
0 komentar:
Posting Komentar